EP2701257A2 - Verfahren zum Transport von Strom über ein vermaschtes Stromnetz - Google Patents

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EP2701257A2
EP2701257A2 EP13180266.2A EP13180266A EP2701257A2 EP 2701257 A2 EP2701257 A2 EP 2701257A2 EP 13180266 A EP13180266 A EP 13180266A EP 2701257 A2 EP2701257 A2 EP 2701257A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
power
controller
power grid
devices
Prior art date
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Granted
Application number
EP13180266.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2701257B1 (de
EP2701257A3 (de
Inventor
Thomas Bauer
Elmar Peine
Uwe Welz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayernwerk Netz GmbH
Original Assignee
EOn Netz GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by EOn Netz GmbH filed Critical EOn Netz GmbH
Priority to PL13180266T priority Critical patent/PL2701257T3/pl
Publication of EP2701257A2 publication Critical patent/EP2701257A2/de
Publication of EP2701257A3 publication Critical patent/EP2701257A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2701257B1 publication Critical patent/EP2701257B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/28—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for meshed systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations

Definitions

  • the invention relates to a method for transporting electricity over a meshed power network according to the preamble of claim 1.
  • a corresponding device is from the WO 2011/015587 A2 known.
  • a circuit breaker is provided for selectively disconnecting the corresponding string.
  • the circuit breaker is opened using a central monitoring unit and downstream controllers when an error is detected in the relevant string by means of a power sensor.
  • DE 40 27 918 A2 as well as the DE 40 27 919 A1 each relate to a method and an apparatus for selectively disconnecting line sections in power supply networks.
  • adjacent line sections are connected to each other by means of control units.
  • the control units in turn communicate with each other via signal lines for data exchange.
  • an overcurrent or short circuit can be detected and a line section can be selectively disconnected by means of the control units.
  • the DE 100 08 185 A1 discloses a method for selective protection against short circuits in stationary load circuits when using at least one power source with current regulation characteristic.
  • the detection of the short circuit at the current-controlled energy source by means of at least one circuit breaker, which connects the current-controlled power source to the power grid. It is determined the temporal change in the energy absorption capacity of the power grid. When exceeding or falling below a predetermined allowable threshold for the temporal change in the energy absorption capacity of the power grid, the connection between the current-controlled power source and the power grid is disconnected.
  • the DE 197 49 698 A1 discloses a circuit arrangement for selectivity control of a turn-off operation when a short-circuit occurs in a power distribution network.
  • Two subnetworks, each with its own energy supply, can be connected to one another via a dome switch.
  • the connection of the two subnetworks is provided with a detector for determining the direction of energy flow.
  • An overcurrent release of the dome switch has a signal input for receiving blocking signals from overcurrent releases of outgoing switches of both subnetworks.
  • the blocking signals of each subnetwork are combined to form a group signal.
  • the EP 2 290 774 A1 relates to a protection device for protecting a power grid.
  • a memory for electrical energy is connected in parallel to the power grid.
  • the memory discharges at least part of the stored electrical energy into the power grid. Due to the discharge voltage generated thereby, a threshold value of a safety device is exceeded and the safety device is activated.
  • the aforementioned devices and methods are used to secure energy supply networks against interference.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a method is to be specified that allows the use of an existing power grid with improved efficiency.
  • the method should be as simple and inexpensive as possible according to another object of the invention.
  • a second safety device which comprises a controller, a plurality of tripping devices for opening the circuit breaker and a plurality of measuring and signal generating devices with which the power network is monitored for disturbances, wherein the control with the measuring and signal generating devices, the tripping devices and a control center for Data exchange is connected, with the ongoing monitoring of a load condition of the power grid, wherein the controller is set in an active operating state by an activation signal generated by the control center is detected when exceeding a predetermined load limit, wherein in the active operating state of the control signal paths between the measuring and signal generating devices and the triggering devices are enabled, wherein when a fault in the power network is detected by means of a measuring and signal generating device a shutdown signal is generated and transmitted to the controller, wherein by means of the control at least one of the tripping devices is selected, and wherein the switch-off signal is forwarded to the at least one selected triggering device via at least one freely switched signal path, so that the thus activatable circuit breaker is opened and the corresponding power
  • disurbance means an operating state of the meshed power network, in which the load flow is interrupted at at least one point in the power grid.
  • the method according to the invention it is possible to operate a power grid up to the maximum permissible thermal load limit.
  • the capacity of an existing power grid can be used very efficiently.
  • the power network is monitored for faults by means of a second safety device.
  • the second securing device comprises a controller, which is connected on the one hand to a plurality of measuring and signal generating devices and on the other hand to the triggering devices.
  • a shutdown signal is generated by means of at least one of the measuring and signal generating devices and transmitted to the controller.
  • the control at least one of the triggering devices is selected and the switch-off signal is forwarded to the selected triggering device.
  • the selected triggering device then causes an opening of its associated at least one circuit breaker and the separation of the corresponding power generating device from the power grid.
  • circuit breaker means a device which z. B. on the occurrence of a short circuit, automatically disconnects a power generating device from the mains.
  • the opening of the circuit breaker is autonomous, d. H. the circuit breaker is not controlled by the control center for this purpose. It can be controlled for this purpose, for example by a short-circuit protection relay or the like.
  • the term "tripping device” is generally understood to mean a device with which a shutdown signal is converted into a corresponding signal to open or close a circuit breaker.
  • the triggering device may be a power relay.
  • the triggering device may also be a protective relay or a bay control device or the like. It is also conceivable, as a triggering device encompassed by the circuit breaker further tripping device, for. As the short-circuit protection relay to use.
  • the controller is connected to the control center for data exchange. This makes it possible to configure the controller. In particular, the shutdown relationships between the measurement and signal generation devices and the triggering devices can be changed.
  • the controller can be designed, for example, as a switchable shunting distributor, in which a selection matrix for forwarding the shutdown signals can be changed by means of the control center.
  • the control is put into an active operating state by an activation signal generated by the control station when an exceeding of a predetermined load limit value is detected. Ie. as long as the predetermined load limit is not determined by the control center, the controller is in a passive operating state or off.
  • the forwarding of a shutdown signal can be safely and reliably prevented as long as the controller is not in the active operating state. It can thus be achieved, in particular, that shutdown signals are disregarded as long as a load limit specified by the control center has not been detected and, as a result, the control has not been set to the active operating state.
  • load limit is to be understood in the context of the present invention in general terms.
  • the load limit may result from current, voltage, load flow direction measurements, or the like. It can also be the result of calculations or simulations of a program which is operated for monitoring and / or control, in particular load flow control, in the control center.
  • signal paths between the measuring and signal generating devices and the tripping devices are enabled.
  • the signal paths are expediently signal paths for the transmission of binary signals.
  • the transmission of binary signals is particularly fast and insensitive to interference. It allows a particularly fast control of a circuit breaker and thus a rapid disconnection of a selected power generating device from the mains.
  • the further shutdown signal can be generated, for example, by a short-circuit protection relay, be a shutdown command of the control points or be detected by a sudden change in a measured variable.
  • the measuring and signal generating device is set from a passive to an active operating state with a time delay, when adjustable response threshold values for the current flowing through it and a load flow direction prevailing in it are exceeded.
  • the shutdown signal can be generated in this case only in the active operating state.
  • the time delay can be selected, for example, so that switching from the passive to the active operating state is not effected solely by dynamic load fluctuations and / or short circuits in the power grid.
  • the time delay may be, for example, 2 to 10 seconds, preferably 4 to 8 seconds.
  • the controller, the measuring and signal generating devices and the tripping devices are connected by means of binary signal transmission means for signal transmission.
  • the selection of the triggering device is carried out by means of a predetermined selection matrix stored in the controller.
  • the selection matrix can be calculated using a program.
  • the shutdown relationships between the measurement and signal generation devices and the tripping devices are determined.
  • Safety margins can be set such that, in the event of a fault, at least one power generation device is safely and reliably selected and disconnected from the power supply.
  • the selection matrix is replaced recurrently by an updated further selection matrix newly calculated in the control center as a function of the current load state.
  • the Abschaltisingen between the measuring and signal generating devices and the triggering devices are determined as a function of the load state of the power network reproduced and transmitted to the control center recurring parameters.
  • the shutdown relationships may be optimized according to a predetermined algorithm such that in the event of a failure, only a minimum number of power generation devices are disconnected from the power grid.
  • the signal paths are predetermined by the selection matrix, which are enabled in the active operating state of the controller.
  • the triggering device comprises a receiving unit for receiving a binary signal transmitted via the binary signal transmission device. Upon receipt of the binary signal, the circuit breaker is opened.
  • the implementation of the method according to the invention can be carried out largely using conventionally available components, in particular conventionally available circuit breakers and the like.
  • the combination according to the invention and the connection of the components make it possible to utilize a power network up to the thermal load limit.
  • Fig. 1 is denoted by the reference numeral 1 generally a meshed power network.
  • the reference numeral 2 designates power generating devices, which are each connected via a power switch S to the power grid 1.
  • the power generation devices are, for example, renewable power generation devices.
  • the power switches S are part of a first safety device. Thus, for example, in the case of a short circuit, a power generating device 2 assigned to the respective power switch S can be disconnected from the power grid 1.
  • a second safety device is provided.
  • Each of the power switch S is for triggering a triggering device 3, z.
  • a command relay power relay or a protective device assigned.
  • the tripping devices 3 are connected to a control center L in Fig. 1 connected by broken lines communication links 4 connected to the data exchange.
  • the reference numeral 5 denotes measuring and signal generating devices with which, for example, the current, the load flow direction and the like in the power grid 1 are detected.
  • the measurement and signal generation devices 5 are connected to a controller 7 via binary signal transmission devices 6 indicated by solid lines.
  • the controller 7 may be formed, for example, in the manner of an intelligent crossbar distributor.
  • the controller 7 is connected to the tripping devices 3 by means of further binary signal transmission devices 8. Further is the controller 7 is connected by means of a communication link 4 with the control center L.
  • the measurement and signal generation devices 5 are also connected to the control center L via communication links.
  • the second safety device comprises in particular the tripping devices 3, the measuring and signal generating device 5, the controller 7 and the control center L and the communication connections provided for data exchange.
  • the second safety device is a supplement to a power supply, which is protected in a conventional manner with a first safety device.
  • the second safety device uses the power switches already provided by the first safety device. It also uses a network monitoring program available in the control center. However, an additional program for controlling the second safety device, in particular for activating the control 7, is provided in the control center, which extends the network monitoring program.
  • the control center L has a load limit value. When the load state exceeds the load limit, the control station L sends an activation signal to the controller 7. When the controller 7 receives the activation signal, it becomes according to a selection matrix A predetermined switching paths enabled.
  • the measuring and signal generating devices 5 constantly monitor the branches of the power network 1 assigned to them for faults. For this purpose, in particular, the respective current flowing through them and the respective load flow direction prevailing in them are measured, and further downshift signals occurring in them are detected. A fault is detected if further shutdown signals and / or a large change in measured values are detected.
  • the measurement and signal generation device 5 is expediently set to an active operating state with a time delay. In the active operating state, upon detection of a fault by the measuring and signal generating device 5, a switch-off signal for opening at least one power switch S is generated. This switch-off signal is output without delay or delayed.
  • the shutdown signal is z. B.
  • the shutdown signal can also be generated only when the fault condition persists, for example, at least 5 to 7 seconds.
  • the switch-off signal is forwarded according to the selection matrix A specified there on at least one predetermined switching path via at least one further binary signal transmission device 8 to at least one of the tripping devices 3.
  • a trigger device 3 receives a shutdown signal, this generates a signal with the z.
  • a power relay is controlled and the circuit breaker S is opened.
  • a secured with the circuit breaker S is Power generating device 2 separated from the power grid 1.
  • the selection matrix A can be permanently stored in the controller 7 in a so-called "offline" mode.
  • a switch-off signal generated by a measuring and signal generating device 5 is forwarded on a switching path predetermined by the selection matrix A to a predetermined triggering device 3 via the corresponding further binary signal transmission device 8.
  • the controller 7 it is also possible to operate the controller 7 in a so-called "online" mode.
  • the selection matrix A is recalculated in the control center L on the basis of the parameters collected there by means of the program.
  • the selection matrix A is then replaced recurrently by the newly computed further selection matrix A '(not shown).
  • the updating of the selection matrix A on the basis of the respective load state of the power grid 1 enables an even more efficient use of the power grid 1 up to its thermal load limits.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a second safety device.
  • the selection matrix A stored in the controller 7 is shown by way of example on the basis of thick black lines.
  • one or more transmission paths is fixed for each of a measuring and signal transmission device 5 generated shutdown signal.
  • a switch-off signal is transmitted to a tripping device 3 via the binary signal transmission devices 6, 8 marked with the thick line.
  • the reference numeral 9 denotes switches.
  • the switches 9 are closed in the case of receiving an activation signal sent by the control station L.
  • the switching paths according to the selection matrix A are switched through in the controller 7. Ie.
  • a switch-off signal is generated by means of one of the measuring and signal-generating devices 5, this is rapidly and efficiently redistributed to one or more of the tripping devices 3 via the selection matrix A.
  • the corresponding power switches S are opened and the thus secured power generating devices 2 separated from the power grid 1.

Landscapes

  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Strom über ein vermaschtes Stromnetz (1). Zur Verbesserung der Kapazitätsausnutzung des Stromnetzes (1) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuerung (7) umfasst, die mit mehreren Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5), Auslöseeinrichtungen (3) sowie einer Leitstelle (L) zum Datenaustausch verbunden ist, wobei mittels der Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5) das Stromnetz (1) auf Störungen überwacht wird, wobei bei Erkennung einer Störung im Stromnetz (1) mittels der jeweiligen Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung (5) ein Abschaltsignal erzeugt und an die Steuerung (7) übermittelt wird, wobei mittels der Steuerung (7) zumindest eine der Auslöseeinrichtungen (3) ausgewählt wird, und wobei das Abschaltsignal an die zumindest eine ausgewählte Auslöseeinrichtung (3) weitergeleitet wird, daraufhin mit der Auslöseeinrichtung (3) der Leistungsschalter (S) geöffnet wird, so dass die damit abgesicherte Energieerzeugungsvorrichtung (2) vom Stromnetz (1) getrennt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Strom über ein vermaschtes Stromnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der WO 2011/015587 A2 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind eine Vielzahl von in Strängen zusammengefassten fotovoltaischen Modulen zum Zuführen elektrischer Energie vorgesehen. Zur Verbindung jedes Strangs mit einem Stromnetz ist ein Leistungsschalter zum selektiven Trennen des entsprechenden Strangs vorgesehen. Der Leistungsschalter wird unter Verwendung einer zentralen Überwachungseinheit und nachgeordneten Controllern geöffnet, wenn im betreffenden Strang mittels eines Leistungssensors ein Fehler detektiert wird.
  • Die DE 40 27 917 A1 , DE 40 27 918 A2 sowie die DE 40 27 919 A1 betreffen jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Abtrennen von Leitungsabschnitten in Energieversorgungsnetzen. Dabei sind benachbarte Leitungsabschnitte mittels Steuereinheiten miteinander verbunden. Die Steuereinheiten wiederum stehen über Signalleitungen miteinander zum Datenaustausch in Verbindung. In Abhängigkeit der miteinander ausgetauschten Daten kann ein Überstrom oder Kurzschluss erkannt und mittels der Steuereinheiten ein Leitungsabschnitt selektiv abgetrennt werden.
  • Die DE 100 08 185 A1 offenbart ein Verfahren zum selektiven Schutz bei Kurzschlüssen in stationären Verbraucherstromkreisen bei Einsatz von mindestens einer Energiequelle mit Stromregelcharakteristik. Die Erkennung des Kurzschlusses an der stromgeregelten Energiequelle erfolgt mittels zumindest eines Schutzschalters, welcher die stromgeregelte Energiequelle mit dem Stromnetz verbindet. Es wird die zeitliche Änderung der Energieaufnahmefähigkeit des Stromnetzes ermittelt. Bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vorgegebenen zulässigen Schwellwerts für die zeitliche Änderung der Energieaufnahmefähigkeit des Stromnetzes wird die Verbindung zwischen stromgeregelter Energiequelle und dem Stromnetz getrennt.
  • Die DE 197 49 698 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Selektivitätssteuerung eines Ausschaltvorgangs beim Auftreten eines Kurzschlusses in einem Energieverteilungsnetz. Dabei sind zwei Teilnetze mit jeweils einer eignen Energieeinspeisung über einen Kuppelschalter miteinander verbindbar. Die Verbindung der beiden Teilnetze ist mit einem Detektor zur Ermittlung der Energieflussrichtung versehen. Ein Überstromauslöser des Kuppelschalters weist einen Signaleingang zum Empfangen von Blockiersignalen von Überstromauslösern von Abgangsschaltern beider Teilnetze auf. Die Blockiersignale jedes Teilnetzes sind zu einem Gruppensignal zusammengefasst.
  • Die EP 2 290 774 A1 betrifft eine Schutzvorrichtung zum Schutz eines Stromnetzes. Dabei ist ein Speicher für elektrische Energie parallel zum Stromnetz geschaltet. Sobald ein Controller ein durch einen Kurzschluss bewirkten Spannungsabfall im Stromnetz detektiert, entlädt der Speicher zumindest einen Teil der gespeicherten elektrischen Energie in das Stromnetz. Durch die dadurch erzeugte Entladungsspannung wird ein Schwellwert einer Sicherheitseinrichtung überschritten und die Sicherheitseinrichtung aktiviert.
  • Die vorgenannten Vorrichtungen und Verfahren dienen der Absicherung von Energieversorgungsnetzen gegen Störungen.
  • Wegen der zunehmenden Bedeutung erneuerbarer Energiequellen, insbesondere von Windkraftanlagen, ist ein Ausbau der Stromnetze erforderlich. Ein Bau neuer Stromnetze erfordert einen erheblichen Zeitaufwand. Gleichwohl besteht der Bedarf, kurzfristig zusätzliche Stromnetzkapazitäten bereitzustellen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, das die Nutzung eines bestehenden Stromnetzes mit verbesserter Effizienz ermöglicht. Das Verfahren soll nach einem weiteren Ziel der Erfindung möglichst einfach und kostengünstig durchführbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
  • eine zweite Sicherungseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuerung, mehrere Auslöseeinrichtungen zum Öffnen der Leistungsschalter und mehrere Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen umfasst, mit denen das Stromnetz auf Störungen überwacht wird, wobei die Steuerung mit den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen, den Auslöseeinrichtungen sowie mit einer Leitstelle zum Datenaustausch verbunden ist, mit der laufend ein Lastzustand des Stromnetzes überwacht wird,
    wobei die Steuerung durch ein von der Leitstelle erzeugtes Aktivierungssignal in einen aktiven Betriebszustand versetzt wird, wenn ein Überschreiten eines vorgegebenen Last-Grenzwerts festgestellt wird, wobei im aktiven Betriebszustand der Steuerung Signalwege zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen und den Auslöseeinrichtungen freigeschaltet sind,
    wobei bei Erkennung einer Störung im Stromnetz mittels einer Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung ein Abschaltsignal erzeugt und an die Steuerung übermittelt wird,
    wobei mittels der Steuerung zumindest eine der Auslöseeinrichtungen ausgewählt wird, und
    wobei das Abschaltsignal an die zumindest eine ausgewählte Auslöseeinrichtung über zumindest einen frei geschalteten Signalweg weitergeleitet wird, so dass der damit ansteuerbare Leistungsschalter geöffnet und die entsprechende Energieerzeugungsvorrichtung vom Stromnetz getrennt wird.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Störung" ein Betriebszustand des vermaschten Stromnetzes verstanden, bei dem der Lastfluss an zumindest einer Stelle im Stromnetz unterbrochen ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Stromnetz bis zur zulässigen maximalen thermischen Belastungsgrenze zu betreiben. Damit kann die Kapazität eines vorhandenen Stromnetzes besonders effizient genutzt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, z. B. nach Eintritt einer Störung, durch gezielte Abschaltung zumindest einer ausgewählten Energieerzeugungsvorrichtung eine Überlastung des Stromnetzes zu vermeiden. Es kann darauf verzichtet werden, im Stromnetz Kapazitäten freizuhalten, um im Falle einer Störung eine Überlastung von Betriebsmitteln zu vermeiden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, nach einem Ausfall eines Betriebsmittels, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses, schnell und sicher einen ordnungsgemäßen Belastungszustand unterhalb der Belastungsgrenze wiederherzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird das Stromnetz mittels einer zweiten Sicherungseinrichtung auf Störungen überwacht. Die zweite Sicherungseinrichtung umfasst eine Steuerung, die einerseits mit mehreren Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen und andererseits mit den Auslöseeinrichtungen verbunden ist. Bei Erkennung einer Störung wird mittels zumindest einer der Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen ein Abschaltsignal erzeugt und an die Steuerung übermittelt. Mittels der Steuerung ist zumindest eine der Auslöseeinrichtungen ausgewählt und das Abschaltsignal wird an die ausgewählte Auslöseeinrichtung weitergeleitet. Die ausgewählte Auslöseeinrichtung bewirkt sodann ein Öffnen des ihr zugeordneten zumindest einen Leistungsschalters und die Trennung der entsprechenden Energieerzeugungsvorrichtung vom Stromnetz.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Leistungsschalter" eine Vorrichtung verstanden, welche z. B. beim Auftreten eines Kurzschlusses, automatisch eine Energieerzeugungsvorrichtung vom Stromnetz trennt. Das Öffnen des Leistungsschalters erfolgt autonom, d. h. der Leistungsschalter wird zu diesem Zweck nicht von der Leitstelle angesteuert. Er kann zu diesem Zweck beispielsweise durch ein Kurzschlussschutzrelais oder dgl. angesteuert werden.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Auslöseeinrichtung" allgemein eine Einrichtung verstanden, mit der ein Abschaltsignal in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird, um einen Leistungsschalter zu öffnen oder zu schließen. Im einfachsten Fall kann es sich bei der Auslöseeinrichtung um ein Leistungsrelais handeln. Die Auslöseeinrichtung kann auch ein Schutzrelais oder ein Feldleitgerät oder dgl. sein. Es ist auch denkbar, als Auslöseeinrichtung eine vom Leistungsschalter umfasste weitere Auslöseeinrichtung, z. B. das Kurzschlussschutzrelais, zu verwenden.
  • Die Steuerung ist zum Datenaustausch mit der Leitstelle verbunden. Das ermöglicht es, die Steuerung zu konfigurieren. Es können insbesondere die Abschaltbeziehungen zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen und den Auslöseeinrichtungen geändert werden. Die Steuerung kann beispielsweise als schaltbarer Rangierverteiler ausgebildet sein, bei dem eine Auswahlmatrix zur Weiterleitung der Abschaltsignale mittels der Leitstelle geändert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Steuerung durch ein von der Leitstelle erzeugtes Aktivierungssignal in einen aktiven Betriebszustand versetzt, wenn ein Überschreiten eines vorgegebenen Last-Grenzwerts festgestellt wird. D. h. solange der vorgegebene Last-Grenzwert seitens der Leitstelle nicht festgestellt wird, ist die Steuerung in einem passiven Betriebszustand bzw. ausgeschaltet. Damit kann sicher und zuverlässig die Weiterleitung eines Abschaltsignals verhindert werden, solange die Steuerung nicht im aktiven Betriebszustand ist. Es kann damit insbesondere erreicht werden, dass Abschaltsignale unberücksichtigt bleiben, solange ein von der Leitstelle vorgegebener Last-Grenzwert nicht festgestellt und infolgedessen die Steuerung nicht in den aktiven Betriebszustand versetzt worden ist.
  • Der Begriff "Last-Grenzwert" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung allgemein zu verstehen. Der Last-Grenzwert kann sich aus Strom-, Spannungs-, Lastflussrichtungsmessungen oder dgl. ergeben. Er kann auch das Ergebnis von Berechnungen oder Simulationen eines Programms sein, welches zur Überwachung und/oder Steuerung, insbesondere Lastflusssteuerung, in der Leitstelle betrieben wird.
  • Im aktiven Betriebszustand der Steuerung sind Signalwege zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen und den Auslöseeinrichtungen freigeschaltet. Bei den Signalwegen handelt es sich zweckmäßigerweise um Signalwege zur Übertragung von Binärsignalen. Die Übertragung von Binärsignalen ist besonders schnell und störunanfällig. Sie ermöglicht eine besonders schnelle Ansteuerung eines Leistungsschalters und damit ein schnelles Trennen einer ausgewählten Energieerzeugungsvorrichtung vom Stromnetz.
  • Zweckmäßigerweise werden zur Erkennung einer Störung im Stromnetz mit jeder der Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen der durch sie fließende Strom, die bei ihr herrschende Lastflussrichtung und/oder ein bei ihr auftretendes weiteres Abschaltsignal erfasst. Das weitere Abschaltsignal kann beispielsweise von einem Kurzschlussschutzrelais erzeugt werden, ein Abschaltbefehl der Steuerstellen sein oder durch eine sprunghafte Änderung einer Messgröße erkannt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung mit einer zeitlichen Verzögerung von einem passiven in einen aktiven Betriebszustand versetzt, wenn einstellbare Ansprech-Grenzwerte für den durch sie fließenden Strom und eine bei ihr herrschende Lastflussrichtung überschritten werden. Das Abschaltsignal kann in diesem Fall nur im aktiven Betriebszustand erzeugt werden. Die zeitliche Verzögerung kann beispielsweise so gewählt werden, dass ein Umschalten vom passiven in den aktiven Betriebszustand allein durch dynamische Lastschwankungen und/oder Kurzschlüsse im Stromnetz nicht bewirkt wird. Die zeitliche Verzögerung kann beispielsweise 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 4 bis 8 Sekunden, betragen. - Bei einem Unterschreiten einstellbarer Rückfall-Grenzwerte kann die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung wieder, vorteilhafterweise mit einer weiteren zeitlichen Verzögerung, in den passiven Betriebszustand versetzt werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Steuerung, die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen sowie die Auslöseeinrichtungen mittels Binärsignalübertragungseinrichtungen zur Signalübertragung verbunden.
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Auswahl der Auslöseeinrichtung mittels einer in der Steuerung gespeicherten vorgegebenen Auswahlmatrix durchgeführt. Die Auswahlmatrix kann mithilfe eines Programms berechnet werden. Dabei werden die Abschaltbeziehungen zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen sowie den Auslöseeinrichtungen bestimmt. Es können Sicherheitsmargen eingestellt werden, derart, dass im Falle einer Störung sicher und zuverlässig zumindest eine Energieerzeugungsvorrichtung ausgewählt und vom Stromnetz getrennt wird.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die Auswahlmatrix wiederkehrend durch eine in der Leitstelle in Abhängigkeit des aktuellen Lastzustands neu berechnete aktualisierte weitere Auswahlmatrix ersetzt. Dabei können die Abschaltbeziehungen zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen und den Auslöseeinrichtungen in Abhängigkeit der den Lastzustand des Stromnetzes wiedergegebenen und an die Leitstelle übermittelten Parameter wiederkehrend ermittelt werden. Die Abschaltbeziehungen können gemäß einem vorgegebenen Algorithmus optimiert werden, derart, dass im Störungsfall nur eine minimale Anzahl an Energieerzeugungsvorrichtungen vom Stromnetz getrennt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden durch die Auswahlmatrix die Signalwege vorgegeben, welche im aktiven Betriebszustand der Steuerung freigeschaltet werden.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Auslöseeinrichtung eine Empfangseinheit zum Empfang eines über die Binärsignalübertragungseinrichtung übertragenen Binärsignals. Auf den Empfang des Binärsignals hin wird der Leistungsschalter geöffnet.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weitgehend unter Verwendung von herkömmlich verfügbaren Komponenten, insbesondere herkömmlich verfügbaren Leistungsschalter und dgl., erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Kombination und Verknüpfung der Komponenten wird eine Auslastung eines Stromnetzes bis zur thermischen Belastungsgrenze ermöglicht.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    Fig. 2
    ein Blockschaltbild der zweiten Sicherungseinrichtung gemäß Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 allgemein ein vermaschtes Stromnetz bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2 sind Energieerzeugungsvorrichtungen bezeichnet, welche jeweils über einen Leistungsschalter S mit dem Stromnetz 1 verbunden sind. Bei den Energieerzeugungsvorrichtungen handelt es sich beispielsweise um erneuerbare Energieerzeugungsvorrichtungen. Die Leistungsschalter S sind Teil einer ersten Sicherheitseinrichtung. Damit kann beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses eine dem jeweiligen Leistungsschalter S zugeordnete Energieerzeugungsvorrichtung 2 vom Stromnetz 1 getrennt werden.
  • Weiterhin ist insbesondere zum Zwecke der verbesserten Auslastung des Stromnetzes eine zweite Sicherheitseinrichtung vorgesehen.
  • Jedem der Leistungsschalter S ist zur Ansteuerung eine Auslöseeinrichtung 3, z. B. ein Kommandorelais, Leistungsrelais oder ein Schutzgerät, zugeordnet. Die Auslöseeinrichtungen 3 sind mit einer Leitstelle L über in Fig. 1 durch unterbrochene Linien kenntlich gemachte Kommunikationsverbindungen 4 zum Datenaustausch verbunden.
  • Mit dem Bezugszeichen 5 sind Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen bezeichnet, mit denen beispielsweise der Strom, die Lastflussrichtung und dgl. im Stromnetz 1 erfasst wird. Die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen 5 sind über mit durchgezogenen Linien kenntlich gemachte Binärsignalübertragungseinrichtungen 6 mit einer Steuerung 7 verbunden. Die Steuerung 7 kann beispielsweise nach Art eines intelligenten Kreuzschienenverteilers ausgebildet sein. Die Steuerung 7 ist mittels weiterer Binärsignalübertragungseinrichtungen 8 jeweils mit den Auslöseeinrichtungen 3 verbunden. Ferner ist die Steuerung 7 mittels einer Kommunikationsverbindung 4 mit der Leitstelle L verbunden. Die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen 5 sind ebenfalls über Kommunikationsverbindungen mit der Leitstelle L verbunden.
  • Die zweite Sicherheitseinrichtung umfasst insbesondere die Auslöseeinrichtungen 3, die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung 5, die Steuerung 7 sowie die Leitstelle L und die zum Datenaustausch vorgesehenen Kommunikationsverbindungen. Die zweite Sicherheitseinrichtung stellt eine Ergänzung zu einem Stromnetz dar, welches in herkömmlicher Weise mit einer ersten Sicherheitseinrichtung abgesichert ist. Die zweite Sicherheitseinrichtung nutzt die durch die erste Sicherheitseinrichtung bereits bereitgestellten Leistungsschalter. Sie nutzt ferner ein in der Leitstelle vorhandenes Netzüberwachungsprogramm. In der Leitstelle ist allerdings ein das Netzüberwachungsprogramm erweiterndes zusätzliches Programm zur Steuerung der zweiten Sicherheitseinrichtung, insbesondere zur Aktivierung der Steuerung 7, vorgesehen.
  • Die Funktion der Vorrichtung ist Folgende:
    • Die Leitstelle L empfängt und verarbeitet laufend Daten (hier nicht gezeigt), welche den Lastzustand des Stromnetzes 1 wiedergeben. In der Leitstelle L wird auf der Grundlage dieser Daten mittels eines Netzüberwachungsprogramms ein Lastzustand des Stromnetzes 1 prognostiziert.
  • In der Leitstelle L ist ein Last-Grenzwert hinterlegt. Wenn der Lastzustand den Last-Grenzwert überschreitet, sendet die Leitstelle L ein Aktivierungssignal an die Steuerung 7. Wenn die Steuerung 7 das Aktivierungssignal empfängt, werden darin gemäß einer Auswahlmatrix A vorgegebene Schaltwege freigeschaltet.
  • Die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen 5 überwachen ständig die ihnen zugeordneten Äste des Stromnetzes 1 auf Störungen. Zu diesem Zweck werden insbesondere der jeweils durch sie fließende Strom und die jeweils bei ihnen herrschende Lastflussrichtung gemessen sowie bei ihnen auftretende weitere Abschaltsignale erfasst. Eine Störung wird erkannt, wenn weitere Abschaltsignale und/oder eine starke Änderung von Messwerten erfasst werden. Bei Überschreiten fest vorgegebener und in den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen 5 hinterlegter Grenzwerte für Strom und Lastflussrichtung wird die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung 5 zweckmäßigerweise zeitlich verzögert in einen aktiven Betriebszustand versetzt. Im aktiven Betriebszustand wird bei Erkennung einer Störung durch die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung 5 ein Abschaltsignal zum Öffnen von zumindest einem Leistungsschalter S erzeugt. Dieses Abschaltsignal wird unverzögert oder auch zeitlich verzögert ausgegeben. - Das Abschaltsignal wird z. B. beim Auftreten einer Störung unverzüglich erzeugt. Das Abschaltsignal kann auch erst dann erzeugt werden, wenn der Störzustand beispielsweise zumindest 5 bis 7 Sekunden andauert. Sofern sich die Steuerung 7 im aktivierten Zustand befindet, wird das Abschaltsignal gemäß der dort vorgegebenen Auswahlmatrix A auf zumindest einem vorgegebenen Schaltweg über zumindest eine weitere Binärsignalübertragungseinrichtung 8 zu zumindest einer der Auslöseeinrichtungen 3 weitergeleitet. Wenn eine Auslöseeinrichtung 3 ein Abschaltsignal empfängt, erzeugt diese ein Signal, mit dem z. B. ein Leistungsrelais angesteuert und der Leistungsschalter S geöffnet wird. Infolgedessen wird eine mit dem Leistungsschalter S abgesicherte Energieerzeugungsvorrichtung 2 vom Stromnetz 1 getrennt.
  • Die Auswahlmatrix A kann in der Steuerung 7 in einen sogenannten "Offline"-Betrieb fest hinterlegt sein. In diesem Fall wird ein von einer Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung 5 erzeugtes Abschaltsignal auf einem durch die Auswahlmatrix A vorgegebenen Schaltweg an eine vorgegebene Auslöseeinrichtung 3 über die entsprechende weitere Binärsignalübertragungseinrichtung 8 weitergeleitet.
  • Alternativ ist es auch möglich, die Steuerung 7 in einem sogenannten "Online"-Betrieb zu betreiben. In diesem Fall wird die Auswahlmatrix A wiederkehrend in der Leitstelle L auf der Grundlage der dort gesammelten Parameter mittels des Programms neu berechnet. Die Auswahlmatrix A wird sodann wiederkehrend durch die neu berechnete weitere Auswahlmatrix A' (nicht gezeigt) ersetzt. Die Aktualisierung der Auswahlmatrix A auf der Grundlage des jeweiligen Lastzustands des Stromnetzes 1 ermöglicht eine noch effizientere Nutzung des Stromnetzes 1 bis an dessen thermische Belastungsgrenzen.
  • Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Sicherheitseinrichtung. Die in der Steuerung 7 hinterlegte Auswahlmatrix A ist beispielshaft anhand dicker schwarzer Linien gezeigt. Damit ist für jedes von einer Mess- und Signalübertragungseinrichtung 5 erzeugtes Abschaltsignal ein oder mehrere Übertragungswege fest vorgegeben. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird ein Abschaltsignal über die mit der dicken Linie gekennzeichneten Binärsignalübertragungseinrichtungen 6, 8 an ein Auslöseeinrichtung 3 übermittelt.
  • Mit dem Bezugszeichen 9 sind Schalter bezeichnet. Die Schalter 9 werden im Falle des Empfangs eines von der Leitstelle L gesendeten Aktivierungssignals geschlossen. Im aktiven Zustand sind in der Steuerung 7 die Schaltwege gemäß der Auswahlmatrix A durchgeschaltet. D. h. bei Erzeugung eines Ausschaltsignals mittels einer der Mess- und Signalerzeugungseinrichtungen 5 wird dieses über die Auswahlmatrix A schnell und effizient an eines oder mehrere der Auslöseeinrichtungen 3 weiterverteilt. Infolgedessen werden die entsprechenden Leistungsschalter S geöffnet und die damit abgesicherten Energieerzeugungsvorrichtungen 2 vom Stromnetz 1 getrennt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stromnetz
    2
    Energieerzeugungsvorrichtung
    3
    Auslöseeinrichtung
    4
    Kommunikationsverbindung
    5
    Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung
    6
    Binärsignalübertragungseinrichtung
    7
    Steuerung
    8
    weitere Binärsignalübertragungseinrichtung
    9
    Schalter
    A
    Auswahlmatrix
    L
    Leitstelle
    S
    Leistungsschalter

Claims (7)

  1. Verfahren zum Transport von Strom über ein vermaschtes Stromnetz (1), bei dem mittels mehrerer Energieerzeugungsvorrichtungen (2) diskontinuierlich Strom in das Stromnetz (1) eingespeist wird,
    wobei das Stromnetz (1) mittels einer ersten Sicherheitseinrichtung gegen Störungen abgesichert ist, wobei die erste Sicherheitseinrichtung zum Trennen jeder der Energieerzeugungsvorrichtungen (2) vom Stromnetz (1) jeweils einen Leistungsschalter (S) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine zweite Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuerung (7), mehrere Auslöseeinrichtungen (3) zum Öffnen der Leistungsschalter (S) und mehrere Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5) umfasst, mit denen das Stromnetz (1) auf Störungen überwacht wird, wobei die Steuerung (7) mit den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5), den Auslöseeinrichtungen (3) sowie mit einer Leitstelle (L) zum Datenaustausch verbunden ist, mit der laufend ein Lastzustand des Stromnetzes (1) überwacht wird,
    wobei die Steuerung (7) durch ein von der Leitstelle (L) erzeugtes Aktivierungssignal in einen aktiven Betriebszustand versetzt wird, wenn ein Überschreiten eines vorgegebenen Last-Grenzwerts festgestellt wird, wobei im aktiven Betriebszustand der Steuerung (7) Signalwege zwischen den Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5) und den Auslöseeinrichtungen (3) freigeschaltet sind,
    wobei bei Erkennung einer Störung im Stromnetz (1) mittels einer Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung (5) ein Abschaltsignal erzeugt und an die Steuerung (7) übermittelt wird,
    wobei mittels der Steuerung (7) zumindest eine der Auslöseeinrichtungen (3) ausgewählt wird, und
    wobei das Abschaltsignal über zumindest einen frei geschalteten Signalweg an die zumindest eine ausgewählte Auslöseeinrichtung (3) weitergeleitet wird, daraufhin mit der Auslöseeinrichtung (3) der Leistungsschalter (S) geöffnet wird, so dass die entsprechende Energieerzeugungsvorrichtung (2) vom Stromnetz (1) getrennt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Erkennung einer Störung im Stromnetz (1) mit jeder der Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5) der durch sie fließende Strom, die bei ihr herrschende Lastflussrichtung und/oder ein bei ihr auftretendes weiteres Abschaltsignals erfasst wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Mess- und Signalerzeugungsvorrichtung (5) bei Überschreiten eines für den durch sie fließenden Strom und/oder eine bei ihr herrschende Lastflussrichtung vorgegebenen Ansprech-Grenzwerts mit einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung von einem passiven in einen aktiven Betriebszustand versetzt wird, wobei das Abschaltsignal nur im aktiven Betriebszustand erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (7), die Mess- und Signalerzeugungsvorrichtungen (5) sowie die Auslöseeinrichtungen (3) mittels Binärsignalübertagungseinrichtungen (6, 8) zur Signalübertragung verbunden sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswahl der Auslöseeinrichtung (3) mittels einer in der Steuerung (7) gespeicherten vorgegebenen Auswahlmatrix (A) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Auswahlmatrix (A) wiederkehrend durch eine in der Leitstelle (L) in Abhängigkeit des aktuellen Lastzustands wiederkehrend neu berechnete aktualisierte weitere Auswahlmatrix (A') ersetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Signalwege durch die Auswahlmatrix oder die weitere Auswahlmatrix vorgegeben werden.
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